JPH0711048B2 - 高強度窒素含有サーメット及びその製造方法 - Google Patents

高強度窒素含有サーメット及びその製造方法

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JPH0711048B2
JPH0711048B2 JP63300114A JP30011488A JPH0711048B2 JP H0711048 B2 JPH0711048 B2 JP H0711048B2 JP 63300114 A JP63300114 A JP 63300114A JP 30011488 A JP30011488 A JP 30011488A JP H0711048 B2 JPH0711048 B2 JP H0711048B2
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    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、炭化チタン，窒化チタン，及び／又は炭窒化
チタンを主成分とするサーメットに関し、具体的には、
例えば旋削工具，フライス工具，ドリル，エンドミルな
どの切削工具用材料、又はスリッター，裁断刃及び缶用
金型などの型工具を含めた耐摩耗工具用材料、もしくは
時計ケース，ブローチ，ネクタイピンなどの装飾品用材
料として適する高強度窒素含有サーメット及びその製造
方法に関するものである。
（従来の技術） 一般に、TiC-TiN-Niを基本組成とするＮ含有のTiC基サ
ーメットは、TiC-Niを基本組成とするＮ無含有のTiC基
サーメットに比べて強度及び耐塑性変形性にすぐれる傾
向にある。このために、最近のTiC基サーメットの研究
開発は、Ｎ含有のTiC基サーメットが主流となってきて
いる。
Ｎ含有のTiC基サーメットは、開発初期にはＮ含有量がT
iN換算で５〜20wt％と少ない傾向にあったけれども、Ｎ
含有の効果が明白になるにつれて、Ｎ含有量を増大し、
その効果を更に大きくしようという検討がされている。
このＮ含有量の多いTiC基サーメットの代表的なもの
に、特公昭63-3017号公報がある。
（発明が解決しようとする問題点） 特公昭63-3017号公報は、窒化チタン:25〜45wt％と炭化
チタン:15〜35wt％と炭化タングステン:10〜30wt％,Ta,
Nb,V,Zrの炭化物の１種又は２種以上:5〜25wt％,Co又は
CoとNi（ただしCo＞Ni）:7.5〜25wt％からなる組成を有
し、かつ硬質分散相が炭化チタンを芯とし、その周囲を
Ta,Nb及びZrの炭化物のうちの１種又は２種以上、炭化
タングステン，炭化チタン及び窒化チタンからなる固溶
体が取り囲んだ有芯構造のNaCl型固溶体相と、窒化チタ
ン相との２相構造組織を有し、一方結合相がＷとTiが固
溶したCo、又はCoとNiからなる組織を有する切削工具用
サーメットが開示されている。この公報に開示されてい
る切削工具用サーメットは、従来のTiN含有量の多いTiC
基サーメットが難焼結性で、緻密なサーメットにするの
が困難であるという問題に対して、Mo又はMo2Cを全く添
加しないようにして、硬質分散相と結合相との濡れ性を
改善し、易燒結性で、緻密なサーメットにしたものであ
るけれども、Mo又はMo2Cを全く添加しないために硬質分
散相が粗粒化し、又粒度も不均一化しやすくなるため
に、強度を向上させるというTiN多量添加の長所を十分
に発揮できていないという問題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には、窒素含有量の多いTiC基サーメットに、Mo又はM
o2Cを最適量含有させたもので、微細均一な硬質相を有
し、強度にもすぐれた窒素含有サーメット及びその製造
方法の提供を目的とするものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、Ｎ含有量の多いTiC基サーメットの硬質
相を微細均一にすることにより、Ｎ含有の効果を最大限
に引き出し、高強度のサーメットにすべく検討していた
ところ、 まず、MoとＷは、窒化物を作りにくく、ともに溶解析出
機構抑制による硬質相の微粒化効果は大きいが、Ｗの方
が窒化物を形成しにくいことから、溶解析出機構抑制に
よる微粒化効果は大きく、このために、特公昭63-3017
号公報のようにMo又はMo2Cを全く添加しない場合にも微
粒組織で高強度になる可能性がある。しかしながら、液
相出現温度は、TiC-Ni系が1270℃，WC-Ni系が1370℃〜1
445℃であり、WC-Ni系の方が高いことから、WCを多量に
含む液相が出現する前にTiCの合体成長が起こり、合金
組織は、微粒ではあるが一部粗粒のTiCを含む不均一な
組織になるという第１の知見を得たものである。
次いで、Mo2C-Ni系の液相出現温度は、1252℃で、TiC-N
i系よりも低く、TiCが合体成長する前にTiC粒子の周囲
にMoを含む炭窒化物の外周部が形成され、TiCの合体成
長を抑制し、微粒組織になること、又Ｎ含有量の多い場
合においてもMo又はMo2Cの最適量により硬質相が微粒
で、かつ均一になるという第２の知見を得たものであ
る。
この第１及び第２の知見に基づいて、本発明を完成する
に至ったものである。
すなわち、本発明の高強度窒素含有サーメットは、Co及
び／又はNiを主成分とする結合相７〜20wt％と、残り炭
化チタン，窒化チタン及び／又は炭窒化チタンを主成分
とする硬質相と不可避不純物とからなるサーメットであ
って、該硬質相がTi:35〜59wt％とW:9〜29wt％とMo:0.4
〜3.5wt％とTa,Nb,V,Zrの中の少なくとも１種:4〜24wt
％とＮ（窒素）:5.5〜9.5wt％とＣ（炭素）:4.5〜12wt
％とでなることを特徴とするものである。
本発明の高強度窒素含有サーメットにおける結合相は、
主としてCo,Ni、又はCoとNiからなるもので、硬質相を
形成するための元素、例えばW,Mo,Ta,Nb,V,Zrなどが微
量に固溶している場合、又は製造工程から微量の不純物
として混在してくる、例えばFe,Crなどが固溶している
場合がある。この結合相が7wt％未満になると、緻密で
高強度のサーメットを得るのが困難になり、逆に20wt％
を超えて多くなると耐塑性変形性及び耐熱性が劣化す
る。このために、結合相は、７〜20wt％と定めたもので
ある。
本発明の高強度窒素含有サーメットにおける硬質相は、
炭窒化物，炭窒化物と炭化物，又は炭窒化物と炭化物と
窒化物とからなる場合があり、特に芯部が炭化チタン又
は炭窒化チタンからなり、該芯部を包囲している外周部
がTiとＷとMoとTa,Nb,V,Zrの中の少なくとも１種とを含
有してなる炭窒化物からなる有芯構造の硬質相と主成分
とする場合が均一微細粒組織になり、高強度になること
から好ましいものである。この有芯構造の硬質相は、具
体的には、芯部が炭化チタンで、外周部がTiとＷとMoと
Ta,Nb,V,Zrの中の少なくとも１種とを含有してなる炭窒
化物からなる第１硬質相、芯部が炭窒化チタンで、外周
部がTiとＷとMoとTa,Nb,V,Zrの中の少なくとも１種とを
含有してなる炭窒化物からなる第２硬質相の形態があ
る。本発明における硬質相の形態としては、具体的に
は、例えば第１硬質相と第２硬質相と窒化チタンでなる
第３硬質相とでなる場合、第１硬質相と第３硬質相とで
なる場合、第２硬質相と第３硬質相とでなる場合、第１
硬質相と第２硬質相とでなる場合、又は第２硬質相でな
る場合がある。これらの硬質相の形態は、出発物質，焼
結温度などの製造条件と成分組成により、異なってくる
ものである。
本発明の高強度窒素含有サーメットにおける不可避不純
物は、出発物質として含有しているものと、製造工程中
に混入してくるものとがある。この出発物質及び製造工
程の両方に係わって、焼結合金中に残存する不可避不純
物として酸素がある。合金中に残存する酸素量は、1wt
％以下ならば許容範囲内とされているけれども、緻密で
微細均一組織にするために、特に0.5wt％以下にするこ
とが好ましいことである。
本発明の高強度窒素含有サーメットは、従来から行われ
ている粉末冶金による製造方法でもって作製することが
できるけれども、特に下記の方法で行うと合金中の脱窒
が防止でき、しかも含有窒素量の制御も容易になるので
好ましいことである。
すなわち、本発明の高強度窒素含有サーメットの製造方
法は、Co及び／又はNiの粉末と、炭化チタン，炭窒化チ
タン，窒化チタンの中の少なくとも１種の粉末と、炭化
タングステンの粉末と、モリブデン及び／又は炭化モリ
ブデンと、Ta,Nb,V,Zrの炭化物の中の少なくとも１種の
粉末とを配合，混合，乾燥，成形及び焼結工程を経て、
Co及び／又はNiを主成分とする結合相７〜20wt％と、残
りTi:35〜59wt％とW:9〜29wt％とMo:0.4〜3.5wt％とTa,
Nb,V,Zrの中の少なくとも１種:4〜24wt％とN:5.5〜9.5w
t％とC:4.5〜12wt％と不可避不純物とからなるサーメッ
トを得る製造方法であって、該焼結工程が1350℃までの
昇温を真空中で行い、1350℃で1torrの窒素雰囲気と
し、1350℃からの焼結保持温度までにおける昇温と共に
窒素分圧を漸増して、焼結保持温度で5torrの窒素雰囲
気とすることを特徴とする方法である。
この発明の高強度窒素含有サーメットの製造方法におけ
る真空中とは、例えば10-1torr〜10-5torrであればよ
く、焼結保持温度とは、例えば1450℃〜1550℃で、この
温度の状態で30分〜90分保持することである。
（作用） 本発明の高強度窒素含有サーメットは、硬質相中に存在
するチタンがＣやＮと共に、主として炭化チタン，炭窒
化チタン，窒化チタンとして存在し、この内、炭窒化チ
タン，窒化チタンが合金組織中の硬質相の微細化作用及
び結合相の強化作用を行い、炭化チタン，炭窒化チタン
が耐摩耗性を高める作用をしているものである。また、
硬質相中に存在するMoが硬質相の均一微細化作用をし、
合金の強度を高める作用をしているものである。さら
に、硬質相中に存在するとM,Ta,Nb,V,Zrの内,Wは、硬質
相の微細化と共に結合相の強化作用をし、その他の金属
元素は、Ta,Mo,Wと共に複合炭窒化物を形成して、合金
の強度，耐塑性変形性及び耐熱性を向上する作用をして
いるものである。
（実施例） 実施例１ 平均粒径２μｍのTiC粉末，平均粒径1.26μｍのTiN粉
末，平均粒径1.5μｍのTi（C,N）粉末，平均粒径1.5μ
ｍのWC粉末，平均粒径1.0μｍのTaC粉末，平均粒径1.2
μｍのNbC粉末，平均粒径1.4μｍのZrC粉末，平均粒径
1.5μｍのMo2C粉末，平均粒径1.3μｍのCo粉末及び平均
粒径５μｍのNi粉末を出発物質として用いて、第１表の
如くにそれぞれの試料を配合し、これらの試料を超硬合
金製ボールと共にアセトン溶媒による湿式ボールミルに
て40時間混合粉砕し、パラフィン添加，乾燥，プレス成
形を経た後、本発明品１〜８は、1350℃までを10-2torr
の真空中で昇温し、1350℃で1torr窒素雰囲気とし、135
0℃〜1500℃までの昇温に併って窒素分圧を漸増し、150
0℃の焼結保持温度で１時間保持して焼結し、比較品１
〜６は、1500℃までを第１表に併記した雰囲気にし、15
00℃で１時間保持して焼結した。
こうして得た本発明品１〜８及び比較品１〜６を金属顕
微鏡により観察し、焼結合金中に発生しているボアの状
況をCIS規格006Bに従って、第２表に示すと共に焼結合
金成分も第２表に併記し、又それぞれの試料の焼結合金
中に存在している硬質相の構成組織，合金中の酸素含有
量及び金属顕微鏡で観察した場合の１視野中における粒
径1.5μｍ以上の硬質相粒子の数を求めて第３表に示し
た。さらに、それぞれの試料の硬さ及び抗折力を求め
て、その結果を第４表に示し、又下記（Ａ），（Ｂ）の
条件でもって切削試験を行って、その結果を第４表に併
記した。
（Ａ） 連続旋削試験 被削材 S48C（HB 236） 切削速度 250m/min 送り 0.3mm/rev 切込み量 1.5mm チップ形状 SPGN 120308 （0.1×−30°ホーニング付き） 評価 5min切削後の平均逃げ面摩耗量（VB） と掬い面摩耗量（KT）を測定。
（Ｂ） 断続旋削試験 被削材 S48C（HB 226） ４本スロット入り 切削速度 100m/min 送り 0.2mm/rev 切込み量 1.5mm チップ形状 SPGN 120308 （0.1×−30°ホーニング付き） 評価 欠損までの衝撃回数 （４回繰り返しの平均） （発明の効果） 本発明の高強度窒素含有サーメットは、本発明から外れ
た比較のサーメットに比べて硬質相粒子が均一微細にな
っており、硬さ及び抗折力が少し高くなり、切削試験に
おける耐逃げ面摩耗性及び耐クレータ摩耗性が少しすぐ
れており、切削試験による耐欠損性が著しく向上すると
いう効果がある。これらのことから、本発明の高強度窒
素含有サーメットは、従来の窒素含有サーメットの使用
領域から、さらに耐衝撃性を必要とする領域にまで使用
可能になった産業上有用な材料である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Co及び／又はNiを主成分とする結合相７〜
    20wt％と、残り炭化チタン，窒化チタン及び／又は炭窒
    化チタンを主成分とする硬質相と不可避不純物とからな
    るサーメットにおいて、 該硬質相がTi:35〜59wt％とW:9〜29wt％とMo:0.4〜3.5w
    t％とTa,Nb,V,Zrの中の少なくとも１種:4〜24wt％とＮ
    （窒素）:5.5〜9.5wt％とＣ（炭素）:4.5〜12wt％とで
    なることを特徴とする高強度窒素含有サーメット。
  2. 【請求項２】上記硬質相は、芯部が炭化チタン又は炭窒
    化チタンからなり、該芯部を包囲してなる外周部がTiと
    ＷとMoとTa,Nb,V,Zrの中の少なくとも１種とを含有して
    なる炭窒化物からなる有芯構造の硬質相を主成分とする
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高強度窒
    素含有サーメット。
  3. 【請求項３】Co及び／又はNiの粉末と、炭化チタン，炭
    窒化チタン，窒化チタンの中の少なくとも１種の粉末
    と、炭化タングステンの粉末と、モリブデン及び／又は
    炭化モリブデンと、Ta,Nb,V,Zrの炭化物の中の少なくと
    も１種の粉末とを配合，混合，乾燥，成形及び焼結工程
    を経て、Co及び／又はNiを主成分とする結合相７〜20wt
    ％と、残りTi:35〜59wt％とW:9〜29wt％とMo:0.4〜3.5w
    t％とTa,Nb,V,Zrの中の少なくとも１種:4〜24wt％とN:
    5.5〜9.5wt％とC:4.5〜12wt％と不可避不純物とからな
    るサーメットを得る製造方法であって、該焼結工程が13
    50℃までの昇温を真空中で行い、1350℃で1torrの窒素
    雰囲気とし、1350℃から焼結保持温度までにおける昇温
    と共に窒素分圧を漸増して、焼結保持温度で5torrの窒
    素雰囲気とすることを特徴とする高強度窒素含有サーメ
    ットの製造方法。
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